Гидравлическое сопротивление pк каналов, в которых часто используют сетки
для интенсификации перемешивания раствора, определяют по формуле
pк = pпкξ1 ,
где pп.к , — гидравлическое сопротивление полого канала;
|
|
l |
|
|
ρ w |
2 |
|
|
pпк |
|
|
|
|
|
, |
||
|
|
|
|
|||||
= λ |
|
|
|
2 |
|
|
||
|
d |
э |
|
|
|
|||
здесь λ — коэффициент трения, зависящий от режима движения раствора; l и dэ — длина и эквивалентный диаметр канала; ρ — плотность раствора; w — средняя ско-
рость движения раствора при убывающем расходе в канале; ξ1 = 5...10 — коэффициент гидравлического сопротивления сетки в канале.
Сопротивление пористых дренажей также принято вычислять через pп.к :
pд = pпкξ2 ,
где ξ2 =100...200 — коэффициент, зависящий от вида и пористости дренажного мате-
риала.
Истинную селективность мембран φи по отношению к сильным электролитам
можно рассчитать по формуле |
|
lg(1 - ϕи) = a – b lg( Hс.г./Zм) , |
(3.3) |
где а и b — константы для данной мембраны при определенных давлении и температуре; Нс..г. — среднее геометрическое значение теплот гидратации ионов, образующих соль; Zм — валентность иона с меньшей теплотой гидратации.
В табл. 3.1 представлены характеристики ацетатцеллюлозных мембран для обратного осмоса, выпускаемых в РФ (характеристики установлены при перепаде рабочего давления через мембрану р = 5 МПа и рабочей температуре t = 25 оС, в качестве удельной производительности по воде указаны средние значения за длительный период
эксплуатации; значения констант а и b отвечают размерности |
H в кДж/моль). |
|||||
|
|
|
|
|
Таблица 3.1 |
|
|
|
Характеристики ацетатцеллюлозных мембран |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Марка мембраны |
Удельная производи- |
Константы уравнения (3.3) |
|||
|
|
тельность по воде |
a |
|
b |
|
|
|
G0.103 кг/(м2.с) |
|
|
|
|
|
МГА-100 |
1,4 |
6,70 |
|
3,215 |
|
|
МГА-95 |
2,3 |
3,47 |
|
1,844 |
|
|
МГА-90 |
3,0 |
2,67 |
|
1,420 |
|
|
МГА-80 |
4,9 |
1,00 |
|
0,625 |
|
Обратноосмотические и ультрафильтрационные аппараты используют для непрерывной и периодической работы в прямоточных, циркуляционных, одноступенчатых и многоступенчатых схемах потоков исходного раствора (сточной воды) и фильтрата (очищенной воды).
Циркуляционные установки, обеспечивающие многократную циркуляцию разделяемого раствора, позволяют повысить скорость потока раствора в каналах и снизить тем самым отрицательный эффект концентрационной поляризации, а также предотвратить кольматацию (забивку) мембран. Многоступенчатые установки применяют при очистке «тяжелых» стоков со значительной концентрацией солей или других при-
118
месей. При использовании таких установок уменьшение расхода раствора на каждой ступени (в результате отвода фильтрата) должно быть в пределах 10…60 % исходного.
Пример 3.7. Спроектировать установку для концентрирования 5,56 кг/с водного раствора СаСl2 от концентрации 0,8 % до 30 % (маcc.). Первичное концентрирование провести обратным осмосом, окончательное — выпариванием. Потери соли с пермеатом не должны превышать 10 % от ее количества, содержащегося в исходном растворе.
Решение. В аппаратах обратного осмоса раствор концентрируется от начальной концентрации х1н = 0,8 % (масс.) до конечной х1к = 3,2 % (масс.). Степень концентриро-
вания K = х1н /х1к = 3,2/0,8 = 4.
В условиях длительной эксплуатации оптимальный перепад давления для полимерных плоских мембран составляет 5…6 МПа, а для мембран в виде полых волокон
— 2…3 МПа.
Выбираем t = 25 °С, р = 5 МПа.
По табл. 3.1. выбираем для дальнейших расчетов мембрану МГА-90, имеющую
селективность по СаСl2 ϕи = 0,945 и удельную производительность по воде G0 = 3.10-3 кг/(м2.с).
Расход пермеата Lп найдем по формуле:
Lп = Lн(1 – K-1/ϕ) ,
где Lн — расход исходного раствора, кг/с.
Тогда
Lп = 5,56(1 – 4-1/0,945) = 4,28 кг/с.
При концентрациях электролита, не превышающих 0,4 моль/л воды, можно считать, что удельная производительность по воде G0 равна удельной производительности по пермеату G, доля свободной воды св = 1, вязкость пермеата равна вязкости воды и не меняется в процессе концентрирования раствора.
В этих условиях для удельной производительности по пермеату G применимо уравнение
G = A[ p – (π3 - π2)] , |
(3.4) |
где А = G0/ p — константа проницаемости мембраны по воде; G0 – удельная производительность по воде, кг/(м2.с); p – перепад рабочего давления через мембрану; π3 – осмотическое давление разделяемого раствора у поверхности мембраны; π2 – осмотическое давление пермеата.
В первом приближении пренебрегаем влиянием концентрационной поляризации и будем считать, что осмотическое давление у поверхности мембраны равно осмотическому давлению π1 в объеме разделяемого раствора: π3 = π1. Примем также, что осмотическое давление пермеата пренебрежимо мало: π2 = 0.
С учетом этих допущений перепишем выражение (3.4) в виде:
G = G0(1 - π1/ p).
По графику (рис. 3.26) находим π1н = 0,46 МПа; π1к = 2,0 МПа.
119
Рис. 3.26. Зависимость осмотического давления водного раствора СаСl2 от его концентрации при температуре 25 oС
Удельная производительность на входе разделяемого раствора в аппараты обратного осмоса и на выходе соответственно равна:
Gн = G0(1 - π1н/ p) = 3.10-3(1 – 0,46/5) = 2,7.10-3 кг/(м2.с); Gк = G0(1 - π1к/ p) = 3.10-3(1 – 2/5) = 1,8.10-3 кг/(м2.с).
В первом приближении принимаем, что средняя удельная производительность
мембран может быть выражена как средняя арифметическая величина:
G = (Gн + Gк)/2 = (2,7 + 1,8)10-3/2 = 2,25.10-3 кг/(м2.с).
Тогда рабочая поверхность мембран составит:
F= Lп/G = 4,28/(2,25.10-3) = 1900 м2.
3.8.Ректификационные установки для очистки сточных вод.
Ректификацию как эвапорационный метод применяют для очистки сточных вод коксохимических, химических заводов, заводов синтетического каучука и др.
Сущность процесса ректификации состоит в выделении из смеси двух или нескольких жидкостей с различными температурами кипения одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом состоянии. Это достигается многократным тепло- и массообменом между жидкой и паровой фазами; в результате часть легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента - из паровой фазы в жидкую.
Азеотропная ректификация основана на свойстве многих химических соединений образовывать азеотропные, нераздельнокипящие смеси с водой.
Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке (рис. 3.27), состоящей из ректификационной колонны 2, дефлегматора 3, холодильника 4, подогревателя исходной смеси 1, сборников дистиллята 5 и кубового остатка 6. Дефлегматор, холодильник и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным узлом установки является ректификационная колонна, в которой пар поднимается снизу вверх, а сверху вниз стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированный в дефлегматоре пар легколетучего компонента, выходящий из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком состоянии, вытекающий из нижней части колонны).
120
Рис. 3.27. Схема ректификационной установки непрерывного действия.
Сточная вода из емкости направляется в колонну, обогреваемую паром, где отгоняется часть воды в виде азеотропной смеси с загрязняющим компонентом. Из нижней части колонны выходит очищенная вода. Пары, выходящие через верх колонны, поступают в конденсатор. Конденсат после дополнительного охлаждения направляется в сепаратор, где разделяется на два слоя — водный и органический. Водный слой из сепаратора сбрасывается в емкость исходной сточной воды, а загрязняющий компонент поступает на дальнейшую переработку или повторное использование.
Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях, выше и ниже атмосферного. Под разрежением ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие смеси или термолабильные вещества, а также при многократном использовании теплоты. Повышенное давление применяют для разделения смесей, находящихся при более низком давлении в газообразном состоянии.
Ректификационные установки бывают периодического и непрерывного действия. При использовании ректификационной установки периодического действия смесь заливают в перегонный куб, где поддерживается непрерывное кипение с образованием пара. Пар поступает на укрепление в колонну, орошаемую частью дистиллята (флегмой). Другая часть дистиллята из дефлегматора или концевого холодильника, охлажденная до определенной температуры, через контрольный фонарь поступает в сборник готового продукта. В колоннах периодического действия ректификацию проводят до тех пор, пока жидкость в кубе (остаток) достигнет заданного состава. Затем обогрев ку-
ба прекращают, остаток сливают в сборник, а в куб вновь заливают исходную смесь. Ректификационные установки периодического действия успешно применяют для
разделения небольших количеств смесей. Существенным недостатком таких установок является ухудшение качества готового продукта (дистиллята) по мере протекания про-
121
цесса, а также потери теплоты при периодической разгрузке и загрузке куба. Этих недостатков лишены ректификационные установки непрерывного действия.
Колонны непрерывного действия состоят из нижней (исчерпывающей) части, в которой происходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости, и верхней (укрепляющей) части, назначение которой - обогащение поднимающихся вверх паров легколетучим компонентом. Ректификационные установки непрерывного действия отличаются от установок периодического действия тем, что питание колонны исходной смесью определенного состава происходит непрерывно с постоянной скоростью, готовый продукт стабильного качества отводится также непрерывно.
Вректификационной установке непрерывного действия исходную смесь подают на нижнюю тарелку укрепляющей части колонны, которая одновременно является и верхней тарелкой исчерпывающей части колонны. Эта тарелка называется тарелкой питания и характеризуется таким же составом жидкости, как и исходная смесь.
При ректификации смесей, состоящих более чем из двух компонентов, схема установки значительно усложняется. При этом для отделения каждого добавочного компонента в общем случае требуется отдельная колонна с дефлегматором.
Размеры и конструкции перегонного куба, дефлегматора и концевого холодильника зависят от производительности установки, физических свойств разделяемой смеси и режима процесса (периодический или непрерывный).
Степень разделения смесей жидкостей на компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, а также от количества орошающей жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны.
Впромышленности наибольшее распространение получили насадочные (рис. 3.28), тарельчатые с колпачковыми (рис. 3.29), ситчатыми, клапанными, решетчатыми и другими типами тарелок, а также роторно-пленочные ректификационные колонны.
Задачей расчета ректификационных колонн является определение основных размеров колонны (диаметр, высота), характеристик и размеров элементов внутреннего устройства (тарелки, колпачки, насадки и др.), материальных потоков и затрат теплоты.
Основные размеры колонны и элементов внутреннего устройства определяются характером контактных устройств и величиной материальных и тепловых потоков, методика расчета которых не зависит от конструкции колонны и может быть принята единой.
Исходными данными для расчета являются производительность колонны по ис-
ходному сырью GF, концентрация легколетучего компонента в исходной смеси (питании) хF, дистилляте хр и кубовом остатке хw, давление в верхней части колонны, температуры исходной смеси, флегмы. Кроме того, для расчета необходимо знать физические свойства компонентов в жидком и парообразном состоянии, а также данные о фазовом равновесии.
Врасчете используют уравнения материального и теплового балансов, уравнения рабочей линии процесса и ряд зависимостей, полученных аналитически и эмпирически.
122
Рис. 3.28. Насадочная колонна.
123
Рис. 3.29. Колонна с колпачковыми тарелками.
124
Материальный баланс ректификационной колонны.
Для расчета числа теоретических ступеней изменения концентраций, необходимых для разделения данной смеси, графическим методом необходимо на диаграмму равновесия х - у нанести рабочие линии верхней и нижней частей колонны.
Уравнения рабочих линий ректификационной колонны получают из уравнений материальных балансов. Для верхней (укрепляющей) части колонны непрерывного действия и для колонны периодического действия материальный баланс по низкокипящему компоненту (НК) в соответствии с рис. 3.30 будет:
G y + L x |
= G y |
2 |
+ L x ; y = y |
2 |
− |
L |
(x |
2 |
− x) . |
(3.5) |
|
|
|||||||||||
2 |
|
|
|
|
G |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.30. Схема материальных потоков в ректификационной колонне:
1 - дефлегматор; 2, 3 - соответственно укрепляющая и исчерпывающая части колонны; 4 - куб.
Аналогично материальный баланс по низкокипящему компоненту для нижней (исчерпывающей) части колонны непрерывного действия будет:
G y + L x = G y + L x ; |
y = y |
− |
L |
(x − x ) . |
(3.6) |
|
|
||||||
1 |
1 |
1 |
|
1 |
|
|
G
Эти уравнения являются уравнениями рабочих линий.
Количество поднимающегося вверх пара G стабильно по всей высоте колонны. Это количество пара образуется в кубе и поступает в дефлегматор, откуда часть его возвращается в колонну в виде флегмы Ф, а остальное количество отводится в виде дистиллята Р. Таким образом, G = Ф + Р.
125
В укрепляющей части колонны количество стекающей жидкости равно количеству флегмы L = Ф = PR, а состав пара на выходе из колонны соответствует составу подаваемой на орошение флегмы (y2 = х2 = хP). Подставляя значения L, G, y2 и x2 в уравнение (3.5), получим:
y = x |
P |
− |
P |
|
(x |
P |
− x), или y = |
xP |
|
+ |
R |
|
x , |
(3.7) |
|
R +1 |
R +1 |
R +1 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
где R = Φ/ P - флегмовое число.
На диаграмме х - у рабочая линия верхней части колонны непрерывного действия и колонны периодического действия представляет собой прямую, проходящую через точку, лежащую на диагонали (ее координаты х = у = хP), с тангенсом угла наклона tgα = R
(R +1); отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат, b = xP 
(R +1)
(рис. 3.31).
*
Рис. 3.31. Построение рабочих линий ректификационной колонны на диаграмме х - у.
В исчерпывающей части колонны количество стекающей жидкости L превышает количество флегмы Ф на количество исходной жидкости F. Если обозначить F/P = f, то для исчерпывающей части колонны получим:
L = Ф+ F = P(R + f ).
Составы поступающего в колонну пара и вытекающей из нее жидкости соответствует составу остатка:
y1 = x1 = xW .
Подставляя значения L, G, y1 и х1 в уравнение (3.6), получим:
y = x |
+ |
R + f |
(x − x |
), или |
y = |
R + f |
x − |
f −1 |
x . |
(3.8) |
R +1 |
R +1 |
|
||||||||
W |
|
W |
|
|
|
R −1 W |
|
|||
126
Из этого уравнения следует, что на диаграмме х - у рабочая линия нижней части колонны - прямая, пересекающая диагональ в точке с абсциссой хW (х1 = y1 = хW). Точка пересечения ее с рабочей линией верхней части колонны определяется совместным решением уравнений (3.7) и (3.8):
откуда xP = f x −(f −1)xW .Rx+P 1 + RR+1 x = RR++1f x − Rf +−11 xW ,
Учитывая, что f = F/P, и решая последнее уравнение относительно х, получим х = хF, т. е. абсцисса точки пересечения рабочих линий В' (см. рис. 3.31) соответствует составу исходной смеси хF.
По мере приближения рабочей линии к диагонали возрастает флегмовое число R, но уменьшается требуемое число теоретических ступеней для получения дистиллята заданного состава хP. При прохождении рабочей линии через точку В' флегмовое число минимальное Rmin. На практике ректификационные колонны работают в интервале Rmin < R < ∞. поэтому важно определить Rmin .
Минимальное флегмовое число можно определить из соотношения |
|
||||||||
Rmin = |
y |
P |
− y* |
x |
P |
− y* |
|
||
|
F |
= |
|
F |
. |
(3.9) |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
yF* − xF |
yF* − xF |
|
||||||
Реальное флегмовое число R > Rmin, причем отношение R/Rmin = σ , называемое коэффициентом избытка флегмы, колеблется на практике в довольно широких пределах (от 1,1 до 10) в зависимости от свойств разделяемой смеси, рабочих параметров и экономических факторов.
Поскольку пределы изменения о достаточно широки, необходимо определить оптимальное флегмовое число и соответствующий коэффициент избытка флегмы.
Приближенно Rопт можно рассчитать следующим образом. По уравнению (3.9) определяют минимальное флегмовое число Rmin. Затем, задав несколько значений коэффициента избытка флегмы в пределах примерно 1,1...5,0, графически (рис. 3.32) определяют соответствующие им числа теоретических ступеней.
127
Рис. 3.32. Определение числа реальных тарелок.
Для этого при каждом заданном значении флегмового числа строят на диаграмме х - у рабочие линии ректификации, между ними и равновесной линией проводят отрезки, параллельные осям координат (рис. 3.32). Число треугольников, образующихся в результате такого построения в пределах изменения концентраций хP - xF, будет соответствовать числу теоретических тарелок Nт в верхней части колонны, а число треугольников, образующихся в пределах изменения концентраций хF – xW, - числу теоретических тарелок Nт в нижней части колонны.
Результаты расчета представляют в виде табл 3.2.
Таблица 3.2
Результаты расчета
R/Rmin |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Начиная с некоторой величины R, дальнейшее уменьшение флегмового числа может привести к резкому увеличению числа ступеней изменения концентрации. Поэтому по графику надо выбрать оптимальное значение Rопт, соответствующее такой точке кривой R = f [(R +1)NТ ], ниже которой с уменьшением R резко возрастает Nт.
Пример 3.8. Какое количество сточной воды F подается на очистку в ректификационную колонну непрерывного действия диаметром D = 1000 мм, если из колонны выводится W = 3 т/ч очищенной воды, скорость паров низкокипящего компонента (за-
128
грязняющего вещества) в свободном сечении колонны wG = 0,9 м/с, флегмовое число R = 2, средняя плотность паров в колонне ρG = 2,8 кг/м3.
Решение. Количество сточной воды подаваемой в ректификационную колонну можно получить из уравнения материального баланса для количества входящих и выходящих потоков
F = P +W ,
где P – количество дистиллята (загрязняющего вещества), выводимого из колонны Количество паров низкокипящего компонента, проходящее через колонну, по-
лучим из уравнения расхода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G = π D2 |
w ρ |
G |
3600 = |
3,14.1,02 |
0,9.2,8.3600 = 7121,5 кг/ч. |
||||
|
|
||||||||
4 |
G |
|
|
|
4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
Количество получаемого дистиллята (низкокипящего компонента – загрязняюще- |
|||||||||
го вещества) |
|
|
|
G |
|
|
|
7121,5 |
|
|
P = |
= |
= 2374 кг/ч. |
||||||
|
R +1 |
|
|||||||
|
|
|
|
2 +1 |
|
||||
Тогда искомая величина составит
F = 2374 + 3000 = 5374 кг/ч.
Расчет числа реальных ступеней изменения концентрации (числа реальных тарелок).
В процессе ректификации состояние полного равновесия на тарелках не достигается, как это предполагается при графическом построении ступеней изменения концентрации
Определенное таким образом число ступеней является лишь теоретическим. Расчет числа реальных ступеней изменения концентрации производится методом последовательных приближений. С этой целью для ряда сечений по высоте колонны определяют средние составы паровой и жидкой фаз, а затем рассчитывают величины внутренних материальных потоков и эффективность.
Расчеты продолжают до тех пор, пока будет достигнута требуемая сходимость числа реальных тарелок. Разница в числе реальных тарелок не должна превышать долей тарелки.
Расчет диаметра и высоты ректификационных колонн.
Рабочую скорость пара wp ,. по которой рассчитывают диаметр колонны, определяют через скорость захлебывания колонны wз :
wp = k wз ,
где k - коэффициент, зависящий от типа контактного устройства.
Скорость захлебывания колонны также рассчитывают с учетом характера массообменного процесса и типа контактного устройства.
Расстояние между тарелками ректификационных колонн следует выбирать таким, чтобы обеспечить минимальный механический унос парами частиц жидкости. Величина уноса зависит от многих факторов и не поддается точному теоретическому расчету. Поэтому расстояние между тарелками h выбирают на основе опытных данных. Для предварительного выбора h в зависимости от диаметра колонны Dк можно использо-
вать следующие практические данные: |
|
|
|||
h, м |
Dк, м |
0 – 0,6 |
0,6 – 1,2 |
1,2 – 1,8 |
1,8 и более |
0,150 |
|
0,300 |
0,450 |
0,600 |
|
129
Пример 3.9. В ректификационную колонну непрерывного действия подается для разделения смесь сточной воды с загрязняющим метанолом составом xF = 40 % масс. метанола. Состав дистиллята xP = 90 % масс. метанола. Определить состав xW очищенной сточной воды по метанолу, если расходы исходной смеси и очищенной воды соответственно F = 1000 кг/ч и W = 600 кг/ч. Сколько пара поднимается по колонне при флегмовом числе R = 2? Какой диаметр D имеет ректификационная колонна, если сред-
няя приведенная скорость поднимающихся паров wG = 1 м/с и плотность паров ρG = 1,7 кг/м3?
Решение. Состав очищенной в колонне воды можно определить из уравнения ма-
териального баланса для низкокипящего компонента (метанола) |
F xF = P xP +W xW : |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
= |
F xF − P xP |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
W |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где количество выводимого метанола P определим из уравнения материального баланса |
||||||||||||||||
по общему количеству внешних потоков колонны |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
P = F −W =1000 − 600 = 400 кг/ч. |
|
||||||||||||
Тогда состав очищенной воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
x |
= |
F x |
F |
− P x |
P |
= |
1000.0,4 − 400.0,9 |
= 0,066 |
= 6,6% . |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
W |
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Количество поднимающегося пара в колонне определим по уравнению |
||||||||||||||||
|
|
G = P(R +1) = 400(2 +1) =1200 кг/ч. |
|
|||||||||||||
Диаметр ректификационной колонны определим из уравнения расхода пара в |
||||||||||||||||
колонне |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D = |
|
|
|
4G |
|
|
|
4.1200 |
|
|
|||||
|
π ρ |
G |
w 3600 = |
3,14.1,7.1,0.3600 = 0,5 м. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Глава 4. Аппараты для химической очистки сточных вод
Основными методами химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация и окисление. К окислительным методам относится также электрохимическая обработка.
Химическая очистка может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или в городскую канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно (в качестве предварительной) перед биологической или физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов. При локальной очистке производственных сточных вод в большинстве случаев предпочтение отдается химическим методам.
4.1. Установки для нейтрализации.
Производственные сточные воды от технологических процессов многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять из этих вод. С целью предупреждения коррозии материалов канализационных очистных сооружений, нару-
130
шения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации.
Нейтрализацию осуществляют смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы и абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами. На практике реагент вводят в избытке (на 10 % больше расчетного количества).
Реакция нейтрализации - это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях: Н++ ОН- = Н2О. В результате концентрация каждого из этих ионов становится равной той, которая свойственна самой воде (около 10-7), т.е. активная реакция водной среды приближается к рН = 7. При спуске сточных вод в водоем или в городскую канализационную сеть практически нейтральными следует считать смеси с рН = 6,5…8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует сточные воды с рН менее 6,5 и более 8,5.
Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами: серной Н2SO4, азотной НNОз, соляной НС1, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая HNO2, фосфорная НзРO4, сернистая Н2SО3, сероводородная H2S, плавиковая HF, хромовая Н2СrO4 кислоты, а также органические кислоты: уксусная CH3COOH, пикриновая НОС6Н2(NO2)3, угольная H2СО3, салициловая С6Н4(ОН)2 и др.
При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации: а) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;
б) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь СаО, гашеная известь Ca(OH)2, кальцинированная сода Na2CO3, каустическая сода NaOH, аммиак
NH3OH);
в) фильтрование через нейтрализующие материалы [известь, известняк СаО3, доломит CaCO3·MgCO3, магнезит MgCO3, обожженный магнезит MgO, мел СаСО3
(96…99 %)];
г) нейтрализация щелочных сточных вод дымовыми газами.
Нейтрализация сточных вод путем смешения кислых сточных вод со щелоч-
ными. Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и отработанную щелочь, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в канализацию равномерно в течение суток и имеют постоянную концентрацию; щелочные воды сбрасываются периодически по мере того, как сбрасывается щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод часто необходимо устраивать регулирующий резервуар, объем которого должен быть достаточным, чтобы принять суточное количество щелочных сточных вод. Из резервуара эти воды равномерно выпускают в камеру реакции, где в результате смешения их с кислыми сточными водами происходит взаимная нейтрализация.
Нейтрализация сточных вод путем добавления реагентов. Если на промыш-
ленных предприятиях имеются только кислые или только щелочные сточные воды либо если невозможно обеспечить взаимную нейтрализацию, применяют реагентный метод нейтрализации. Этот метод наиболее широко используют для нейтрализации кислых сточных вод.
Процессы реагентной нейтрализации сточных вод осуществляются на нейтрализационных установках (рис. 4.1).
131